專利名稱：一種鋁鑄軋機(jī)鑄軋輥激光強(qiáng)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁加工技術(shù)領(lǐng)域，具體說是在鋁鑄軋機(jī)鑄軋輥的輥套表面采用激光表面強(qiáng)化處理的方法。
背景技術(shù)：
鑄軋輥是鋁鑄軋機(jī)上重要的核心部件，在鋁鑄軋生產(chǎn)過程中，它的作用是在一般長(zhǎng)60mm的鑄軋區(qū)內(nèi)連續(xù)地將鋁液完成凝固結(jié)晶和軋制，形成鑄軋板坯。在這個(gè)過程中，鑄軋輥受到三個(gè)方面的作用其一，巨大的軋制カ；其ニ，巨大的溫度梯度，因?yàn)殍T軋輥表面在鑄軋區(qū)內(nèi)時(shí)溫度約為700°C，離開鑄軋區(qū)后，溫度急劇降到300°C左右，所以受到周期性的溫度變化沖擊；其三，熔融鋁液的侵蝕。這三個(gè)作用導(dǎo)致鑄軋輥表面極易產(chǎn)生裂紋缺陷， 需要周期性加工掉表面缺陷才能繼續(xù)使用，影響鑄軋質(zhì)量和生產(chǎn)的連續(xù)性。因此提高鑄軋輥表面抗裂性能是提高鑄軋輥使用壽命的重要途徑，這一般采取兩個(gè)途徑來實(shí)現(xiàn)。其一是選擇高性能的輥套材料，如選擇含Cr、Ni、Mo、V、Mn、Si等元素的中低碳合金鋼，由于合金元素的加入，在保證材料具有較高導(dǎo)熱能力的情況下，提高了強(qiáng)度、 硬度、耐磨性及淬透性，并能使其抗熱疲勞性得到改善，如國(guó)內(nèi)采用32Cr3MolV材料，國(guó)外則采用Mo22、Pg-3、32CrNi3MolV、PCr3Ni3Mov等材料都具有良好的綜合性能；其ニ是對(duì)輥套做表面處理。方法一里然可以選擇更高熱疲勞性能的材料，但必須兼顧輥套的加工和制作方法，有可能因?yàn)楹辖鹪氐膲埣右疠佁准庸ぁ崽幚硪约笆褂眠^程中再加工的困難，更容易導(dǎo)致使用輥套成本増加和生產(chǎn)鋁板エ藝經(jīng)常調(diào)整，不易被生產(chǎn)廠家采用。方法ニ不改變鑄軋輥的生產(chǎn)制作和使用方法，僅通過表面處理即可増加鑄軋輥的使用壽命，也不改變輥套的加工エ藝及其導(dǎo)熱性能，因此容易被接受。目前被廣泛采用的表面處理方法有輥面噴涂石墨乳與水的混合潤(rùn)滑劑，或者用未完全燃燒的石油天然氣燒烤表面形成炭黑附著層，在與鋁液接觸時(shí)無機(jī)炭能夠起到隔絕作用，預(yù)防熔融鋁的侵蝕，延長(zhǎng)壽命，并起到固體潤(rùn)滑劑的作用。中國(guó)專利101864567A提出了用化學(xué)方法，將甲醇、硝酸溶液在輥面上形成0. 05 0. Imm的淺黃色氧化鐵覆蓋層，以提高硬度，并用石墨乳、酒精、水的混合物作為潤(rùn)滑剤，但沒有提到使用效果，并且氧化鐵本身結(jié)合力不強(qiáng)，在熱交變過程中存在脫落的可能性極高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種激光強(qiáng)化方法，在鑄軋輥表面形成富含合金元素的強(qiáng)化層區(qū)域，強(qiáng)化層硬度高、耐磨性好，沒有裂紋、氣孔等缺陷，與輥套基體結(jié)合力強(qiáng)，為冶金結(jié)合，強(qiáng)化層不會(huì)影響輥套的導(dǎo)熱性能和基體材料的基本力學(xué)性能，也不會(huì)改變鑄軋輥的使用エ藝，而且能夠提高抗熱疲勞開裂性能。本發(fā)明的技術(shù)方案如下①將金屬基體用機(jī)械打磨除銹，丙酮擦拭除油將蟲膠的酒精飽和溶液、酒精和粒度為+1 -50 iim的金屬粉或合金粉，按照重量比10 70 20混合均勻，均勻涂抹或噴涂在金屬基體上，自然干燥，使厚度為0. I 0.3mm; ③CO2激光器功率為2000 7000W，激光束寬度為I 10_，激光熔覆速度為100 5000mm/ min,激光強(qiáng)化帶呈間隔分布,激光強(qiáng)化帶寬度I IOmm,掃描間隔0. 5 5mm,掃描深度 0. 2 0. 6mm。上述金屬粉或合金粉為Cr粉、Ni粉、Co粉、Cr合金粉、Ni合金粉或Co合金粉或所述金屬粉或合金粉的混合物。由金相圖I可以看出合金元素經(jīng)激光強(qiáng)化后，強(qiáng)化層與基體為冶金結(jié)合，無氣孔、裂紋等缺陷，其組織為細(xì)小柱狀枝晶組織。本發(fā)明系統(tǒng)地測(cè)定了激光強(qiáng)化層的硬度，結(jié)果見圖2所示，可以看出，激光強(qiáng)化層最高硬度為Hv700左右，比基體的Hv400提高了許多，因此耐磨性、耐用性將有較大的提高。本發(fā)明著重測(cè)定了激光強(qiáng)化層抗冷熱疲勞開裂的能力和抗鋁液侵蝕的能力，與基體材料的比較結(jié)果如圖3、4、5所示。從圖3可見，32Cr3MolV基體經(jīng)過熱疲勞后表面出現(xiàn)了大量的裂紋(測(cè)定面積比例為28. 9% )，而圖4中激光強(qiáng)化層裂紋面積僅為12. 4%，因此抗裂性能提高了兩倍多，不僅如此，圖5為激光強(qiáng)化層與基體的界面，可以看出，由于激光強(qiáng)化層的存在，基體中熱疲勞裂紋被阻擋，難以繼續(xù)擴(kuò)展，形成大的裂紋，因此激光強(qiáng)化層具有明顯的抗裂紋生長(zhǎng)的能力，其綜合抗裂能力比32Cr3MolV基體高2倍以上；圖6為 32Cr3MolV基體在鋁液中被侵蝕后的截面形貌，可以看出生成了明顯的鋁鐵金屬間化合物， 而圖7中激光強(qiáng)化層沒有被侵蝕，說明強(qiáng)化層抵抗熔融鋁液腐蝕的能力比基體強(qiáng)的多。


圖I為實(shí)施例I的激光強(qiáng)化層金相圖；圖2為實(shí)施例I的激光強(qiáng)化層硬度分布；圖3為32Cr3MolV基體經(jīng)過10000次熱疲勞試驗(yàn)后表面裂紋形貌；圖4為實(shí)施例I激光強(qiáng)化層經(jīng)過10000次熱疲勞試驗(yàn)后表面裂紋形貌；圖5為實(shí)施例I激光強(qiáng)化層與基體界面熱疲勞裂紋形貌；圖6為32Cr3MolV基體在鋁液中被侵蝕后生成物形貌；圖7為實(shí)施例I激光強(qiáng)化層在鋁液中沒有發(fā)生侵蝕的形貌。
具體實(shí)施例方式將32Cr3MolV鋼板(50X50X10mm)打磨除銹，丙酮擦拭除油后，將蟲膠的酒精飽和溶液、酒精和粒度為+1 -50 iim的金屬粉或合金粉，按照重量比10 70 20混合均勻，均勻涂抹在金屬基體上，自然干燥，使厚度為0. I 0. 3_;調(diào)整CO2激光參數(shù)，進(jìn)行激光強(qiáng)化；最后用數(shù)控平面磨床將熔覆層加工成光滑表面。 熱疲勞試驗(yàn)條件900土50°C電阻爐內(nèi)保溫90秒后水淬4秒，冷卻水采用循環(huán)自來水以保證溫度的恒定，共冷熱循環(huán)10000次。鋁液腐蝕條件700±10°C井式爐內(nèi)純鋁液中浸泡100分鐘。實(shí)施例I分別稱取20克蟲膠的酒精飽和溶液，40克-5 ii m的Cr粉，140克酒精，混合均勻， 刷涂在基體的表面，自然風(fēng)干后，厚度0. 10 0. 15_。
CO2激光器功率為3500W，激光束寬度為2. Omm,激光熔覆速度為3000mm/min，激光強(qiáng)化帶寬度2mm,掃描間隔為3mm,掃描深度0. 5mm。實(shí)施例2分別稱取20克蟲膠的酒精飽和溶液，20克-5 ii m的Ni合金粉，20克+5_45 U m 的Co40粉，140克酒精，混合均勻，用液體噴槍噴在基體的表面，自然風(fēng)干后，厚度0. 25 0. 30mmoCO2激光器功率為5000W，激光束寬度為10. Omm,激光熔覆速度為1000mm/min，激光強(qiáng)化帶寬度IOmm,掃描間隔為5mm,掃描深度0. 2mm。
權(quán)利要求
1.一種鋁鑄軋機(jī)鑄軋輥激光強(qiáng)化方法，其特征是由以下步驟組成①將金屬基體用機(jī)械打磨除銹，丙酮擦拭除油；②將蟲膠的酒精飽和溶液、酒精和粒度為+1 -50 μ m的金屬粉或合金粉，按照重量比10 70 20混合均勻，均勻涂抹或噴涂在金屬基體上，自然干燥，使厚度為O. I O. 3mm CO2激光器功率為2000 7000W，激光束寬度為I 10mm，激光熔覆速度為100 5000mm/min，激光強(qiáng)化帶呈間隔分布，激光強(qiáng)化帶寬度I 10mm，掃描間隔O. 5 5臟，掃描深度O. 2 O. 6臟。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁鑄軋機(jī)鑄軋輥激光強(qiáng)化方法，其特征是所述金屬粉或合金粉為Cr粉、Ni粉、Co粉、Cr合金粉、Ni合金粉或Co合金粉或所述金屬粉或合金粉的混合物。
全文摘要
一種鋁鑄軋機(jī)鑄軋輥激光強(qiáng)化方法。其特征是由以下步驟將金屬基體打磨除銹，除油；將蟲膠的酒精飽和溶液、酒精和粒度為+1～-50μm的金屬粉或合金粉，均勻涂抹或噴涂在金屬基體上；用CO2激光器功率激光強(qiáng)化。本發(fā)明的方法提供一種激光強(qiáng)化方法，在鑄軋輥表面形成富含合金元素的強(qiáng)化層區(qū)域，強(qiáng)化層硬度高、耐磨性好，沒有裂紋、氣孔等缺陷，與輥套基體結(jié)合力強(qiáng)，為冶金結(jié)合，強(qiáng)化層不會(huì)影響輥套的導(dǎo)熱性能和基體材料的基本力學(xué)性能，也不會(huì)改變鑄軋輥的使用工藝，而且能夠提高抗熱疲勞開裂性能。
文檔編號(hào)C21D9/38GK102586548SQ20121007291
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者佟鑫, 李福海, 陳興馳, 馬文有 申請(qǐng)人:廣州有色金屬研究院